發動機旋轉傳感器裝置及具備該裝置的船用發動機的制作方法
【專利摘要】該旋轉傳感器裝置(51)具備：傳感器軸(15)，所述傳感器軸(15)將軸線設為與曲柄軸(3)不同；齒輪驅動機構(21)，所述齒輪驅動機構(21)使曲柄軸(3)和傳感器軸(15)等速且同步地連動旋轉；被檢測旋轉體(18)，所述被檢測旋轉體(18)被設在傳感器軸(15)上；以及，旋轉檢測部(19)，所述旋轉檢測部(19)檢測被檢測旋轉體(18)的動作。傳感器軸(15)是使被檢測旋轉體(18)旋轉的專用旋轉軸。齒輪驅動機構(21)具備曲柄軸(3)側的驅動齒輪(22)和傳感器軸(15)側的從動齒輪(23)，可吸收曲柄軸(3)和傳感器軸(15)的軸間距離變化。傳感器軸(15)軸心位置位于曲柄軸(3)軸心位置的正下方，并設定為發動機停止時驅動齒輪(22)和從動齒輪(23)之間的嚙合量為允許最大值。
【專利說明】
發動機旋轉傳感器裝置及具備該裝置的船用發動機
技術領域
[0001]本發明涉及一種發動機旋轉傳感器裝置及具備該裝置的船用發動機，所述發動機旋轉傳感器裝置用于檢測曲柄軸絕對角度位置及旋轉速度等旋轉信息。
【背景技術】
[0002]往復活塞發動機(往復式發動機)設有檢測曲柄軸絕對角度位置及旋轉速度等旋轉信息的旋轉傳感器裝置。汽車發動機等較小型發動機中，在與曲柄軸一起旋轉的飛輪及皮帶輪等旋轉構件的周邊部設有突起及缺口等旋轉檢測目標部，通過設在曲柄箱側的光學傳感器及磁力傳感器等旋轉檢測部檢測該旋轉檢測目標部的動作，并檢測曲柄軸的旋轉信息。
[0003]大型船用發動機同樣，例如圖5所示的旋轉傳感器裝置101，通過特殊柔性接頭6(撓性接頭)將傳感器軸5與軸支撐在曲柄箱I主軸承2上的巨大曲柄軸3軸端部同軸連接，用設在曲柄箱I端面的專用傳感器軸承7軸支撐該傳感器軸5，并通過固定在傳感器軸承7附近的旋轉檢測部9檢測設在傳感器軸5頂端部的被檢測旋轉體8的旋轉狀況。
[0004]此外，例如專利文獻I的圖2所示，已知在船用大型柴油發動機中，通過齒輪2a和齒輪3將曲柄軸3的旋轉傳遞給高壓栗4的旋轉軸后驅動高壓栗4，并通過角度傳感器8檢測該高壓栗4旋轉軸的旋轉，從而檢測曲柄軸3的旋轉。
[0005]現有技術文獻
[0006]專利文獻
[0007]專利文獻I:日本專利特開2000-145529號公報
【發明內容】
[0008]發明要解決的課題
[0009]在專利文獻I所記載的曲柄軸旋轉檢測結構中，高壓栗4等輔機類以大于曲柄軸3的高速旋轉。因而，必須將齒輪2a齒數與齒輪3齒數的差距設計得較大。因此，必須減速到幾分之一，使通過角度傳感器8檢測的旋轉軸的旋轉數據變為曲柄軸3的旋轉數據，可能導致檢測精度降低。
[0010]本發明鑒于上述情況開發完成，其目的在于提供一種發動機旋轉傳感器裝置及具備該裝置的船用發動機，所述發動機旋轉傳感器裝置可通過簡單且廉價的結構高精度地檢測曲柄軸的旋轉信息。
[0011]技術方案
[0012 ]本發明為解決上述課題，采用以下方法。
[0013]本發明第一方式所述發動機旋轉傳感器裝置具備:傳感器軸，所述傳感器軸具有與曲柄軸不同的軸線且由該曲柄軸驅動;等速旋轉傳遞機構，所述等速旋轉傳遞機構使所述曲柄軸和所述傳感器軸等速旋轉;被檢測旋轉體，所述被檢測旋轉體被設在所述傳感器軸上；以及，旋轉檢測部，所述旋轉檢測部檢測所述被檢測旋轉體的動作。
[0014]根據上述構成的旋轉傳感器裝置，由發動機曲柄軸驅動且作為與曲柄軸不同的另一軸設置的傳感器軸，通過等速旋轉傳遞機構以與曲柄軸的等速被旋轉驅動。而且，設在該傳感器軸上的被檢測旋轉體的動作由旋轉檢測部檢測。
[0015]傳感器軸為軸線與曲柄軸不同的另一軸，即使是例如曲柄軸遠遠大于傳感器軸的大徑且其徑向軸向振動量大于傳感器軸的旋轉軸，無需特殊且昂貴的柔性接頭等，也可以將該曲柄軸與傳感器軸之間連接。如此通過省略柔性接頭，可讓旋轉傳感器裝置的結構變得簡單且廉價。
[0016]而且，傳感器軸以與曲柄軸的等速被旋轉驅動，因此傳感器軸的旋轉信息直接成為曲柄軸的旋轉信息。因此，能以高精度檢測曲柄軸的旋轉信息。
[0017]此外，在上述結構中，所述等速旋轉傳遞機構優選可吸收所述曲柄軸和所述傳感器軸的軸間距離變化。
[0018]如此，只要等速旋轉傳遞機構可吸改曲柄軸和傳感器軸的軸間距離變化，便可將設在傳感器軸上的柔性接頭省略或簡略化，讓旋轉傳感器裝置的結構變得簡單且廉價。
[0019]此外，在上述結構中，所述等速旋轉傳遞機構也可以采用如下結構，該結構具備:驅動齒輪，所述驅動齒輪被固定在所述曲柄軸上；以及，從動齒輪，所述從動齒輪被固定在所述傳感器軸上，與所述驅動齒輪嚙合，并擁有與所述驅動齒輪相同的齒數。
[0020]如此，只要通過驅動齒輪和從動齒輪將曲柄軸的旋轉傳遞給傳感器軸，便可利用驅動齒輪和從動齒輪之間的嚙合量寬度(軸間距離方向的齒隙)，吸收曲柄軸和傳感器軸的軸間距離的變化，可以有助于柔性接頭的省略化或簡單化。
[0021]此外，在上述結構中，優選為所述傳感器軸軸心位置位于所述曲柄軸軸心位置的下方，并設定為所述發動機停止時所述驅動齒輪和所述從動齒輪之間的嚙合量為允許最大值。
[0022]根據上述結構，發動機停止后曲柄軸因重力來到軸承間隙中的最下部時，齒輪間的嚙合量為允許最大值。因此，發動機運行曲柄軸位置上升時，存在嚙合量減少的趨勢，因而嚙合量過大。亦即，不用擔心齒隙過小。
[0023]因此，可防止因發動機運行中齒隙不足而導致曲柄軸和傳感器軸的軸間距離變化的吸收性降低，并防止齒輪、傳感器軸、傳感器軸承等破損和異常磨損等故障發生。
[0024]此外，在上述結構中，所述等速旋轉傳遞機構也可以采用如下結構，該結構具備:驅動旋轉構件，所述驅動旋轉構件被固定在所述曲柄軸上并在外周部形成有嚙合部;從動旋轉構件，所述從動旋轉構件被固定在所述傳感器軸上并在外周部形成有嚙合部；以及，嚙合卷繞安裝構件，所述嚙合卷繞安裝構件被卷繞安裝在所述驅動旋轉構件和所述從動旋轉構件的周圍且與所述嚙合部嚙合，并使所述驅動旋轉構件和所述從動旋轉構件等速旋轉。
[0025]只要如上述所示構成等速旋轉傳遞機構，便可使曲柄軸和傳感器軸的軸間距離變化吸收到嚙合卷繞安裝構件上。例如，采用鏈條或三角皮帶作為嚙合卷繞安裝構件后松弛地卷繞安裝，用張緊裝置吸收該松弛即可。如此，使用普通且簡單的機械單元便可吸收軸間尺寸的變化。
[0026]此外，本發明所述船用發動機的特征在于，具備上述任意結構的發動機旋轉傳感器裝置。
[0027]根據該船用發動機，通過適用于船用發動機的簡單且廉價的結構，可高精度地檢測曲柄軸的旋轉信息。
[0028]有益效果
[0029]如以上所示，在本發明所述發動機旋轉傳感器裝置及具備該裝置的船用發動機中，通過簡單且廉價的結構，可高精度地檢測曲柄軸的旋轉信息。
【附圖說明】
[0030]圖1是表示本發明第一實施方式的船用大型柴油發動機曲柄軸前端部附近和旋轉傳感器裝置的縱截面圖。
[0031]圖2是圖1II向視圖的發動機及旋轉傳感器裝置的正面圖。
[0032]圖3是圖1II1-1II向視圖的等速旋轉傳遞機構的正面圖，(a)表示發動機停止時的嚙合量大小，(b)表示發動機運行時的嚙合量大小。
[0033]圖4是表示本發明第二實施方式的等速旋轉傳遞機構的正面圖。
[0034]圖5是表示以往技術的船用大型柴油發動機曲柄軸前端部附近和旋轉傳感器裝置的縱截面圖。
【具體實施方式】
[0035]以下參考附圖，對本發明所述旋轉傳感器裝置的實施方式進行說明。
[0036][第一實施方式]
[0037]圖1是表示本發明第一實施方式的船用大型柴油發動機曲柄軸前端部附近和旋轉傳感器裝置51的縱截面圖，圖2是圖1II向視圖的發動機及旋轉傳感器裝置51的正面圖。
[0038]該旋轉傳感器裝置51被設在大型柴油發動機的曲柄箱I的前面，檢測大型柴油發動機曲柄軸3的旋轉信息(絕對角度位置、旋轉速度等)。
[0039]曲柄軸3被軸支撐在曲柄箱I上設置的主軸承2上，其前端面3a從曲柄箱I的前面突出，包圍該突出部的環狀推力止動部4被固定在曲柄箱I的前面。推力止動部4是將曲柄軸3的軸向動作限定在指定范圍(數毫米程度)的限制構件。
[0040]推力止動部4上固定有圓筒狀齒輪箱11，該齒輪箱11內部具備傳感器齒輪室12。齒輪箱11的前面Ila以貫穿方式設有筒狀傳感器軸承13，傳感器軸15被軸支撐在該傳感器軸承13上。傳感器軸15是具備與曲柄軸3不同的軸線且以平行于曲柄軸3的方式被軸支撐的旋轉軸，經由后述的齒輪驅動機構21通過曲柄軸3被旋轉驅動。
[0041]傳感器軸15的軸支撐位置優選位于曲柄軸3軸心位置的下方，如圖2、圖3所示，理想方式是在曲柄軸3軸線的垂直下方配置傳感器軸15。但是，只要是曲柄軸3下方，也可以位于從垂直下方略微偏移的位置。
[0042]傳感器軸15的頂端部設有圓盤狀(轉子狀)被檢測旋轉體18，而齒輪箱11側固定有包圍被檢測旋轉體18周圍的形狀的旋轉檢測部19。而且，與傳感器軸15—起旋轉的被檢測旋轉體18的動作由旋轉檢測部19檢測。如此，傳感器軸15是使被檢測旋轉體18旋轉的專用旋轉軸。
[0043]傳感器齒輪室12內部容納有齒輪驅動機構21，作為使曲柄軸3和傳感器軸15等速且同步地連動旋轉的等速旋轉傳遞機構。該齒輪驅動機構21具備固定在曲柄軸3上的驅動齒輪22和固定在傳感器軸15上的從動齒輪23。驅動齒輪22和從動齒輪23擁有相同的齒數，并相互嚙合。通過該齒輪驅動機構21，曲柄軸3和傳感器軸15等速且同步地連動旋轉。
[0044]曲柄軸3的直徑大，因此在主軸承2內部沿徑向以數毫米振動。此外，還沿軸向在推力止動部4允許的范圍內以數毫米程度移動。曲柄軸3和傳感器軸15的軸間距離因曲柄軸3的徑向振動而變化，齒輪驅動機構21可吸收該軸間距離的變化。這是因為軸支撐傳感器軸15的傳感器軸承13經由齒輪箱11被固定在曲柄箱I上，不易受到曲柄軸3徑向移動的影響。
[0045]亦即，曲柄軸3沿徑向位移后，雖然驅動齒輪22和從動齒輪23的嚙合量發生變化，但是在兩個齒輪22、23之間不會引起跳齒。因此，曲柄軸3的旋轉始終被持續傳遞給傳感器軸15。此外，曲柄軸3的軸向振動通過驅動齒輪22相對于從動齒輪23沿軸向滑動而被吸收。
[0046]圖3是圖1II1-1II向視圖的齒輪驅動機構21的正面圖，(a)表示發動機停止時驅動齒輪22和從動齒輪23之間的嚙合量Hl大小，(b)表示發動機運行時驅動齒輪22和從動齒輪23之間的嚙合量H2大小。
[0047]此處，設定傳感器軸15相對于曲柄軸3的軸心位置，使發動機停止時(a)的嚙合量Hl和發動機運行時(b)的嚙合量H2的關系滿足Hl > H2。
[0048]此外，進行設定，使發動機停止時(a)的嚙合量Hl為允許最大值，使發動機運行時(b)的嚙合量H2為允許最小值以上。
[0049]發動機停止時曲柄軸3因自重處于與主軸承2最低部接觸的狀態。另一方面，發動機運行時受潤滑油卷入或由軸荷載特性及旋轉方向等決定的軸動作的影響，曲柄軸3會從主軸承2最低部脫離。因此，發動機停止時和發動機運行時，曲柄軸3和傳感器軸15的軸間距離變化A H。如此即使曲柄軸3的位置變高，驅動齒輪22和從動齒輪23之間的嚙合量H2也不會低于允許最小值。
[0050]旋轉傳感器裝置51如上述構成。另外，上述實施方式中，傳感器軸15由曲柄軸3驅動，但并不限定于曲柄軸3，只要是與發動機旋轉速度呈比例旋轉的旋轉軸，也可以通過例如凸輪軸、平衡軸等對傳感器軸15進行旋轉驅動。
[0051 ]曲柄軸3旋轉后，其旋轉經過驅動齒輪22和從動齒輪23的嚙合被傳遞給傳感器軸15，傳感器軸15以與曲柄軸3的等速被旋轉驅動。被檢測旋轉體18與該傳感器軸15—起旋轉，該被檢測旋轉體18的旋轉作為曲柄軸3的旋轉信息(絕對角度位置、旋轉速度等)由旋轉檢測部19檢測。
[0052]該旋轉傳感器裝置51的傳感器軸15為軸線與曲柄軸3不同的另一軸。因此，即使是例如曲柄軸3的大徑且徑向軸向振動量大的旋轉軸，無需如以往那樣使用復雜且昂貴的專用零件即柔性接頭，也可以將該曲柄軸3與傳感器軸15之間連接。如此通過省略柔性接頭，可讓旋轉傳感器裝置51的結構變得簡單且廉價。
[0053]而且，傳感器軸15以與曲柄軸3的等速被旋轉驅動，因此傳感器軸15的旋轉信息直接成為曲柄軸3的旋轉信息。因此，能以高精度檢測曲柄軸3的旋轉信息。
[0054]此外，將曲柄軸3的旋轉傳遞給傳感器軸15的是齒輪驅動機構21，所述齒輪驅動機構21具備:驅動齒輪22，所述驅動齒輪22被固定在曲柄軸3上；以及，從動齒輪23，所述從動齒輪23被固定在傳感器軸15上，與驅動齒輪22嚙合，并擁有與驅動齒輪22相同的齒數。
[0055]如此，只要用驅動齒輪22和從動齒輪23將曲柄軸3的旋轉傳遞給傳感器軸15，便可利用驅動齒輪22和從動齒輪23之間的嚙合量Hl、H2(軸間距離方向的齒隙)，吸收因曲柄軸3振動引起的曲柄軸3和傳感器軸15的軸間距離的變化ΔΗ，在該方面也可以有助于柔性接頭的省略或簡單化。
[0056]并且，該旋轉傳感器裝置51中，傳感器軸15軸心位置位于曲柄軸3軸心位置的下方，當發動機停止時曲柄軸3因重力來到軸承間隙中的最下部時，齒輪22、23間的嚙合量Hl為允許最大值。
[0057]因此，發動機運行曲柄軸3位置上升時，存在嚙合量Hl向H2減少的趨勢，因而嚙合量過大。亦即，不用擔心齒隙過小。因此，可防止因發動機運行中齒隙不足而導致曲柄軸3和傳感器軸15的軸間距離變化量△ H的吸收性降低，并防止齒輪22、23、傳感器軸15、傳感器軸承13等破損和異常磨損等故障發生。
[0058][第二實施方式]
[0059]圖4是表示本發明第二實施方式的等速旋轉傳遞機構的正面圖。
[0060]如圖1?圖3所示的第一實施方式中，使用齒輪驅動機構21作為使曲柄軸3和傳感器軸15等速且同步地連動旋轉的等速旋轉傳遞機構，而該第二實施方式中，使用運用鏈條的卷繞驅動機構25作為等速旋轉傳遞機構。
[0061]該卷繞驅動機構25具備:驅動鏈輪齒26(驅動旋轉構件)、從動鏈輪齒27(從動旋轉構件)、鏈條28(嚙合卷繞安裝構件)及吸收鏈條28松弛的張緊鏈輪齒29。
[0062]驅動鏈輪齒26被固定在曲柄軸3上并在外周部形成有齒26a(嚙合部)，從動鏈輪齒27被固定在傳感器軸15上并在外周部形成有齒27a(嚙合部)。驅動鏈輪齒26的齒26a的數量與從動鏈輪齒27的齒27a的數量相同。
[0063]鏈條28被卷繞安裝在驅動鏈輪齒26和從動鏈輪齒27的周圍且與各齒26a、27a嚙合，并使驅動鏈輪齒26和從動鏈輪齒27等速且同步地連動旋轉。另外，張緊鏈輪齒29被設在鏈條28松弛側的鏈條線上。通過該卷繞驅動機構25，曲柄軸3和傳感器軸15等速且同步地連動旋轉。
[0064]如此，只要將等速旋轉傳遞機構設為使用鏈輪齒26、27和鏈條28的卷繞驅動機構25，便可使曲柄軸3和傳感器軸15的軸間距離變化吸收到鏈條28(張緊鏈輪齒29)上。如此，使用普通且簡單的機械單元便可吸收曲柄軸3和傳感器軸15的軸間尺寸變化。
[0065]而且，可將傳感器軸15軸支撐位置的自由度提高到高于第一實施方式。亦即，第一實施方式的齒輪驅動機構21中，通過齒輪22、23將曲柄軸3的旋轉傳遞給傳感器軸15，無法將齒輪22、23的外徑制造得太大，因此必然使傳感器軸15軸支撐在曲柄軸3附近。
[0066]相對于此，該第二實施方式的卷繞驅動機構25中，通過延長鏈條28的長度，可將傳感器軸15的軸支撐位置從曲柄軸3上離開。并且，無需如第一實施方式所示將傳感器軸15軸心位置設在曲柄軸3軸心位置的下方，在該方面也可以提高傳感器軸15軸支撐位置的自由度。
[0067]另外，通過將該卷繞驅動機構25的鏈輪齒26、27分別變更為三角皮帶輪(帶齒皮帶輪)，并將鏈條28變更為三角皮帶(帶齒皮帶)，便可實現與上述相同的作用和效果，而且無需注油，因此與齒輪式及鏈條式相比可提高維護性。
[0068]如以上說明所示，根據本實施方式所述的旋轉傳感器裝置51，可將過去設在曲柄軸3和傳感器軸15之間的柔性接頭省略或者簡單化，并且可正確獲取曲柄軸3的旋轉信息。
[0069]此外，在具備該旋轉傳感器裝置51的船用發動機中，通過適用于船用發動機的簡單且廉價的結構，可高精度地檢測曲柄軸的旋轉信息，提高發動機的可靠性。
[0070]另外，本發明并不僅限定于上述實施方式的結構，在不脫離本發明主旨的范圍內能夠適當地進行變更或改良，可變更使用領域，如此進行變更或改良后的實施方式也包含在本發明的權利范圍內。
[0071]例如，上述實施方式對在船用大型柴油發動機上運用本發明所述旋轉傳感器裝置的示例進行了說明，但并不限定于船用，例如還可以運用在陸上發電用大型發動機等。此夕卜，曲柄軸3和傳感器軸15的相對位置關系并不限定于上述實施方式。
[0072]符號說明
[0073]I曲柄箱
[0074]2主軸承
[0075]3曲柄軸
[0076]4推力止動部
[0077]11齒輪箱
[0078]12傳感器齒輪室
[0079]13傳感器軸承
[0080]15傳感器軸
[0081]18被檢測旋轉體
[0082]19旋轉檢測部
[0083]21齒輪驅動機構(等速旋轉傳遞機構)
[0084]22驅動齒輪
[0085]23從動齒輪
[0086]25卷繞驅動機構(等速旋轉傳遞機構)
[0087]26驅動鏈輪齒(驅動旋轉構件)
[0088]26a齒(嚙合部)
[0089]27從動鏈輪齒(從動旋轉構件)
[0090]27a齒(嚙合部)
[0091]28鏈條(嚙合卷繞安裝構件)
[0092]29張緊鏈輪齒
[0093]H1、H2驅動齒輪和從動齒輪之間的嚙合量
[0094]ΔΗ曲柄軸和傳感器軸的軸間距離變化量
【主權項】
1.一種發動機旋轉傳感器裝置，其特征在于，具備: 傳感器軸，所述傳感器軸具有與曲柄軸不同的軸線且由所述曲柄軸驅動； 等速旋轉傳遞機構，所述等速旋轉傳遞機構使所述曲柄軸和所述傳感器軸等速旋轉；被檢測旋轉體，所述被檢測旋轉體被設在所述傳感器軸上；以及， 旋轉檢測部，所述旋轉檢測部檢測所述被檢測旋轉體的動作。2.根據權利要求1所述的發動機旋轉傳感器裝置，其特征在于，所述等速旋轉傳遞機構可吸收所述曲柄軸和所述傳感器軸的軸間距離變化。3.根據權利要求1或2所述的發動機旋轉傳感器裝置，其特征在于， 所述等速旋轉傳遞機構具備: 驅動齒輪，所述驅動齒輪被固定在所述曲柄軸上；以及， 從動齒輪，所述從動齒輪被固定在所述傳感器軸上，與所述驅動齒輪嚙合，并擁有與所述驅動齒輪相同的齒數。4.根據權利要求3所述的發動機旋轉傳感器裝置，其特征在于，所述傳感器軸軸心位置位于所述曲柄軸軸心位置的下方，并設定為所述發動機停止時所述驅動齒輪和所述從動齒輪之間的嚙合量為允許最大值。5.根據權利要求1或2所述的發動機旋轉傳感器裝置，其特征在于， 所述等速旋轉傳遞機構具備: 驅動旋轉構件，所述驅動旋轉構件被固定在所述曲柄軸上并在外周部形成有嚙合部； 從動旋轉構件，所述從動旋轉構件被固定在所述傳感器軸上并在外周部形成有嚙合部；以及， 嚙合卷繞安裝構件，所述嚙合卷繞安裝構件被卷繞安裝在所述驅動旋轉構件和所述從動旋轉構件的周圍且與所述嚙合部嚙合，并使所述驅動旋轉構件和所述從動旋轉構件等速旋轉。6.—種船用發動機，其特征在于，具備根據權利要求1至5中任一項所述的發動機旋轉傳感器裝置。
【文檔編號】G01D5/04GK106030248SQ201580003376
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2015年2月24日
【發明人】吉川秀, 吉川秀一, 江戶浩二, 伊藤和久
【申請人】三菱重工業株式會社